
JOMC 244
Tạp chí Vật liệu & Xây dựng Tập 15 Số 02 năm 2025
*Liên hệ tác giả: dtphuongbmvldn@gmail.com
Nhận ngày 15/02/2025, sửa xong ngày 09/04/2025, chấp nhận đăng ngày 10/04/2025
Link DOI: https://doi.org/10.54772/jomc.02.2025.842
Dự đoán cường độ chịu nén của chất kết dính sử dụng một số phế phẩm
làm việc trong môi trường nhiệt độ cao
Vương Lê Thắng 1, Đỗ Thị Phượng 2*
1 Khoa Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
2 Khoa Xây dựng Cầu đường, trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
TỪ KHOÁ
TÓM TẮT
Chất kết dính
Nhi
ệt độ cao
Cư
ờng độ chịu nén
Tro bay
B
ột ngói
M
ạng nơ-ron nhân tạo
Trong nghiên cứu này, mô hình dự đoán cường độ chịu nén của chất kết dính chứa xi măng Poóclăng và tro
bay (FA), b
ột ngói đất sét nung (FGT) ở nhiệt độ cao được thiết lập. Hai phế phẩm FA và FGT được sử dụ
ng
đ
ể thay thế cho xi măng trong khoảng từ 10% đến 40% (theo khối lượng). Một điểm tiêu biểu củ
a nghiên
c
ứu là chất kết dính sẽ được xem xét với điều kiện nhiệt độ thay đổi trong khoảng rộng từ 25oC đế
n 800oC.
T
ất cả 42 tổ mẫu với ba tham số đầu vào khác nhau là tỉ lệ FA, FGT và nhiệt độ được đưa vào nghiên cứ
u.
Mô hình d
ự đoán sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) có khả năng dự đoán độ chính xác cao về cường đ
ộ
ch
ịu nén của chất kết dính sau khi đốt nóng ở nhiệt độ cao (với R là 0,9629). Ngoài ra, kết quả phân tích t
ừ
bi
ểu đồ Interval Plot cho thấy FA và GFT thay thế 20% xi măng cho cường độ chất kết dính cao nhất.
KEYWORDS
ABSTRACT
Binder
High temperature
Compressive strength
Fly ash
Finely ground clay tile
Artificial neural network
In this study, a model to predict compressive strength of binder containing Portland cement and fly ash (FA),
finely ground clay tile (FGT) at high temperature was devised. Portland cement was replaced with waste as
FA and FGT at various rates from 10% to 40% (in weight). The highlight of the paper was that the binder
worked under temperature conditions ranging from 25°C to 800°C. The database containing three input
parameters (FA ratio, FGT ratio and temperature) based on 42 sample groups was employed for the
prediction. It was found that the predictive model using artificial neural network (ANN) seemed to have a
high prediction capability of the compressive strength of binder after being exposed to elevated temperature
(with R is 0.9629). Additionally, analysis results from the Interval Plot chart showed that FA and GFT
replacing 20% of cement for the highest binder strength.
1.
Giới thiệu
Bê tông là vật liệu được sử dụng phổ biến trong các công trình
xây dựng tại Việt Nam. Đây là vật liệu không cháy nhưng tính chất hoá
học, vật lý và cơ học bị ảnh hưởng trực tiếp ở nhiệt độ cao [1]. Sự hư
hỏng của bê tông khi đốt nóng do nhiều yếu tố gây ra, như nhiệt độ,
tốc độ gia nhiệt, tải trọng tác dụng, thành phần của bê tông,… [2]. chất
kết dính cần có khả năng chịu nhiệt sẽ tăng hiệu quả làm việc trong ma
trận bê tông cũng như tăng cường độ chịu nén cho bê tông.
Để xác định cường độ chịu nén cho chất kết dính có thể làm thực
nghiệm trên mẫu hoặc sử dụng các mô hình toán học [3]. Dự đoán
cường độ cho chất kết dính theo thời gian, ở nhiệt độ cao, … sẽ cho
phép rút ngắn thời gian, tiết kiệm một lượng lớn chi phí liên quan đến
việc tiến hành các thử nghiệm về về mối quan hệ giữa thành phần bê
tông và các tính chất cơ học. Nhiều công trình nghiên cứu được công
bố về việc xây dựng các mô hình dự đoán cường độ chịu nén cho xi
măng cũng như vật liệu gốc xi măng. Trong đó, các kỹ thuật tính toán
mềm dự báo cường độ xi măng tốt hơn nhiều so với phân tích hồi quy
là công bố của tác giả A. Baykasoğlu [3]. Tác giả J. Huang [4] đề xuất
kết hợp thuật toán Random Forests và Firefly Algorithm để dự đoán
cường độ chịu nén của vật liệu gốc xi măng và metakaolin, qua đó cho
thấy loại xi măng có ảnh hưởng lớn nhất đến cường độ chịu nén của mẫu.
Những năm gần đây, phương pháp sử dụng mạng nơ-ron nhân
tạo (ANN) với ưu điểm có thể áp dụng được với cả bộ dữ liệu có tính
phi tuyến và độ chính xác cao nên được sử dụng phổ biến. Sự kết hợp
của ANN và Particle Swarm Optimization cho thấy rất hiệu quả và mô
hình tối ưu rất chính xác dự đoán cường độ của mẫu chứa xi măng là
kết luận của tác giả C. Qi [5]. Tác giả A.Ahmad [6] đã áp dụng các
phương pháp Supervised Machine Learning để dự đoán cường độ chịu
nén của bê tông sử dụng tro bay, silica fume và nano silica ở nhiệt độ
cao. Ông đã sử dụng Decision Tree (DT), ANN, Bagging, và Gradient
Boosting (GB) cho nghiên cứu. Các mô hình riêng lẻ sử dụng DT và ANN
cho hệ số tương quan R2 lần lượt là 0,83 và 0,82 trong khi sử dụng
thuật toán Ensemble Algorithm và GB cho R2 lần lượt là 0,9 và 0,88.
Mô hình ANN cũng được áp dụng trong nghiên cứu của tác giả M. Uysal
[7]. Xi măng được thay thế bằng nhiều phụ gia khoáng kết hợp với sợi
polypropylen chế tạo bê tông làm việc đến 800 oC. ANN dường như có
khả năng dự đoán cao về sự suy giảm cường độ nén của hỗn hợp bê

JOMC 245
Tạp chí Vật liệu & Xây dựng Tập 15 Số 02 năm 2025
ệ ả
ậ ử ấ ận đăng ngày
Dự đoán cường độ chịu nén của chất kết dính sử dụng một số phế phẩm
làm việc trong môi trường nhiệt độ cao
Vương Lê Thắng Đỗ Thị Phượng
Khoa Xây dựng Dân dụng Công nghiệp, trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
Xây dựng Cầu đường, trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
TỪ KHOÁ TÓM TẮT
ấ ế
ệt độ
Cường độ ị
ộ
ạng nơ ạ
ứ ự đoán cường độ ị ủ ấ ế ứ măng Poóclăng và tro
ột ngói đấ ở ệt độcao đượ ế ậ ế ẩm FA và FGT đượ ử ụ
để ế cho xi măng trong khoả ừ 10% đế ối lượ ột điể ể ủ
ứ ấ ế ẽ đượ ới điề ệ ệt độ thay đổ ả ộ ừ 25oC đế
ấ ả ổ ẫ ớ ố đầ ỉ ệ ệt độ được đưa vào nghiên cứ
ựđoán sử ụ ạng nơ ạ ả năng dựđoán độ ề cường độ
ị ủ ấ ết dính sau khi đố ở ệt độ ớ ế ả ừ
ểu đồ ấ ế 20% xi măng cho cường độ ấ ế ấ
A),
Giới thiệu
Bê tông là vật liệu được sử dụng phổ biến trong các công trình
xây dựng tại Việt Nam. Đây là vật liệu không cháy nhưng tính chất hoá
học, vật lý và cơ học bị ảnh hưởng trực tiếp ở nhiệt độ cao [1]. Sự hư
hỏng của bê tông khi đốt nóng do nhiều yếu tố gây ra, như nhiệt độ,
tốc độ gia nhiệt, tải trọng tác dụng, thành phần của bê tông,… [2]. hất
kết dính cần có khả năng chịu nhiệt sẽ tăng hiệu quả làm việc trong ma
trận bê tông cũng như tăng cường độ chịu nén cho bê tông.
Để xác định cường độ chịu nén cho chất kết dính có thể làm thực
nghiệm trên mẫu hoặc sử dụng các mô hình toán học [3]. Dự đoán
cường độ cho chất kết dính theo thời gian, ở nhiệt độ cao, … sẽ cho
phép rút ngắn thời gian, tiết kiệm một lượng lớn chi phí liên quan đến
việc tiến hành các thử nghiệm về về mối quan hệ giữa thành phần bê
tông và các tính chất cơ học. Nhiều công trình nghiên cứu được công
bố về việc xây dựng các mô hình dự đoán cường độ chịu nén cho xi
măng cũng như vật liệu gốc xi măng. Trong đó, các kỹ thuật tính toán
mềm dự báo cường độ xi măng tốt hơn nhiều so với phân tích hồi quy
là công bố của tác giả A. Baykasoğlu [3]. Tác giả J. Huang [4] đề xuất
kết hợp thuật toán Random Forests và Firefly Algorithm để dự đoán
cường độ chịu nén của vật liệu gốc xi măng và metakaolin, qua đó cho
thấy loại xi măng có ảnh hưởng lớn nhất đến cường độ chịu nén của mẫu.
Những năm gần đây, phương pháp sử dụng mạng nơ
tạo (ANN) với ưu điểm có thể áp dụng được với cả bộ dữ liệu có tính
phi tuyến và độ chính xác cao nên được sử dụng phổ biến. Sự kết hợp
của ANN và Particle Swarm Optimization cho thấy rất hiệu quả và
hình tối ưu rất chính xác dự đoán cường độ của mẫu chứa xi măng là
kết luận của tác giả C. Qi [5]. Tác giả A.Ahmad [6] đã áp dụng các
phương pháp Supervised Machine Learning để dự đoán cường độ chịu
nén của bê tông sử dụng tro bay, silica fume và nano silica ở nhiệt độ
cao. Ông đã sử dụng Decision Tree (DT), ANN, Bagging, và Gradient
Boosting (GB) cho nghiên cứu. Các mô hình riêng lẻ sử dụng DT và ANN
cho hệ số tương quan R lần lượt là 0,83 và 0,82 trong khi sử dụng
thuật toán Ensemble Algorithm và GB cho R lần lượt là 0,9 và 0,88.
Mô hình ANN cũng được áp dụng trong nghiên cứu của tác giả M. Uysal
[7]. Xi măng được thay thế bằng nhiều phụ gia khoáng kết hợp với sợi
polypropylen chế tạo bê tông làm việc đến 800 C. ANN dường như có
khả năng dự đoán cao về sự suy giảm cường độ nén của hỗn hợp bê
tông tự đầm sau khi tiếp xúc với nhiệt độ cao với R2 = 0,9757.
Thực trạng hiện nay tại Việt Nam do việc khai thác quá mức các
vật liệu có nguồn gốc từ tự nhiên để chế tạo bê tông đã gây ra các tác
động xấu đến môi trường. Từ đó nhiều nghiên cứu trong nước đã thực
hiện việc thay thế xi măng bằng các vật liệu thân thiện môi trường, có
thể kể đến như tro bay, tro trấu, tro đáy, xỉ lò cao,…[8-11].
Từ những phân tích trên, trong nghiên cứu này sẽ tập trung vào
việc dự đoán cường độ chịu nén của chất kết dính sử dụng một số phế
phẩm tại Việt Nam để thay thế cho vật liệu truyền thống hướng đến chế
tạo bê tông làm việc ở nhiệt độ cao. Hiện nay theo số liệu báo cáo hằng
năm các nhà máy nhiệt điện tại khu vực phát sinh hàng triệu tấn tro bay
và một lượng lớn phế phẩm từ các viên ngói chế tạo bằng đất sét. Do vậy,
nghiên cứu thay thế một phần xi măng bằng các phế phẩm là tro bay (FA)
và bột ngói (FGT) mang lại nhiều ý nghĩa thực tiễn. Một tính mới tiêu
biểu nữa trong nghiên cứu này là việc chất kết dính sẽ được nghiên cứu
trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau để đáp ứng yêu cầu làm việc của
bê tông trong điều kiện nhiệt độ cao. Điều kiện nhiệt độ sẽ được thay đổi
với 6 mức khác nhau là 25 oC, 100 oC, 200 oC, 400 oC, 600 oC và 800 oC.
Một mô hình dự đoán cường độ chịu nén chất kết dính bằng ANN sẽ được
xây dựng với 3 tham số đầu vào là tỉ lệ FA thay thế cho xi măng, tỉ lệ FGT
thay thế cho xi măng và nhiệt độ làm việc.
2.
Phương pháp thí nghiệm
2.1.
Nội dung nghiên cứu
Để thực hiện được mục tiêu nghiên cứu, bài báo thực hiện theo
các bước sau:
i. Phân tích và lựa chọn các tham số đầu vào mô hình dự đoán:
Thực hiện phân tích và chọn được 3 tham số cần thay đổi trong nghiên
cứu là tỉ lệ thay thế FA cho xi măng, tỉ lệ thay thế FGT cho xi măng và
nhiệt độ (T); xi măng được lấy với điều kiện thường gặp tại Việt Nam.
ii. Xây dựng mô hình dự đoán: Sử dụng phương pháp ANN để
xây dựng một mô hình dự đoán cường độ chịu nén chất kết dính với 3
tham số đầu vào là tỉ lệ FA, tỉ lệ FGT và T; đầu ra của mô hình là cường
độ chịu nén của chất kết dính.
iii. Bộ dữ liệu thực nghiệm: Dựa trên việc phải thay đổi ba tham
số đầu vào của mô hình dự đoán, xác định được số tổ mẫu cần thiết
phải chế tạo là 42 tổ mẫu.
iv. Phân tích kết quả của mô hình dự đoán bằng ANN đã xây dựng:
Sử dụng sự hỗ trợ của công cụ tool trong phần mềm Matlab, các biểu đồ
của các quá trình như đào tạo, kiểm tra, xác thực được trình bày; qua đó
đánh giá được sự phù hợp và độ chính xác của mô hình dự đoán.
v. Đánh giá ảnh hưởng của ba tham số là tỷ lệ FA, FGT và T đến
cường độ chịu nén của chất kết dính.
Sơ đồ các bước nghiên cứu được thể hiện Hình 1.
Hình 1. Các bước nghiên cứu.
2.2.
Các tham số đầu vào của mô hình dự đoán
2.2.1. Vật liệu
Trong phần giới thiệu của bài báo đã nêu ra vấn đề cấp thiết cần
tìm các vật liệu mới thay thế cho các vật liệu truyền thống chế tạo chất
kết dính. Dựa trên các khảo sát tại Việt Nam, hằng năm phát sinh hàng
triệu tấn phế phẩm là FA tại các nhà máy nhiệt điện và một lượng lớn
phế phẩm là ngói vỡ có nguồn gốc từ đất sét nung. Vì vậy, nghiên cứu
này sử dụng phế phẩm FA tại Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân (Bình
Thuận) và FGT từ các nhà máy sản xuất gạch tuynen tại Miền Trung
thay thế một phần cho xi măng (Hình 2). Tỉ lệ FA và FGT thay thế cho
xi măng sẽ lần lượt là 10 %, 20 %, 30 % và 40 %, thể hiện trong Bảng
1. Xi măng PC40 Sông Gianh (PC) được sử dụng trong nghiên cứu. Chi
tiết đặc tính của các vật liệu được trình bày trong nghiên cứu [12, 13]
của cùng nhóm tác giả.
(a) FA
(b) FGT
Hình 2. Phế phẩm tro bay và bột ngói đất sét nung.

JOMC 246
Tạp chí Vật liệu & Xây dựng Tập 15 Số 02 năm 2025
Bảng 1. Thành phần hỗn hợp chất kết dính, % [13].
Mẫu
PC, %
FA, %
FGT, %
PC
100
0
0
F10T10
80
10
10
F20T10
70
20
10
F30T10
60
30
10
F40T10
50
40
10
F10T20
70
10
20
F10T30
60
10
30
F10T40
50
10
40
2.2.2. Nhiệt độ
Tại Việt Nam, nhiệt độ bình thường dao động trong khoảng 25 oC
đến 35 oC, tuy nhiên bê tông không phải lúc nào cũng làm việc trong môi
trường nhiệt độ này. Chẳng hạn trong các nhà máy như nhà máy nhiệt
điện, nhà máy điện hạt nhân, nhà máy luyện kim, nhà máy sản xuất gạch
ngói, …. nhiều kết cấu đòi hỏi bê tông phải làm việc trong các khoảng
nhiệt độ cao, dao động từ khoảng 100 oC đến 800 oC. Từ đó, bài báo thực
hiện nghiên cứu cường độ chịu nén khi chất kết dính làm việc trong
khoảng thay đổi nhiệt độ từ 25 oC đến 800 oC, hướng tới chế tạo bê tông
làm việc trong khoảng nhiệt độ này.
2.3.
Giới thiệu về ANN
a. Cấu trúc mô hình dự đoán
Mục tiêu của nghiên cứu là xây dựng một mô hình dự đoán
cường độ chịu nén chất kết dính với ba tham số đầu vào thay đổi là tỉ
lệ tro FA, tỉ lệ FGT và T (Hình 3).
Hình 3. Mô hình dự đoán cường độ chịu nén của chất kết dính
ở nhiệt độ cao.
Mô hình dự đoán bằng ANN sẽ gồm ba lớp là lớp đầu vào, lớp
ẩn và lớp đầu ra. Lớp đầu vào (Input) như đã phân tích sẽ là ba tham
số: tỉ lệ FA, tỉ lệ FGT và T. Lớp đầu ra (Output) là cường độ chịu nén
của chất kết dính. Lớp ẩn gồm hai thông số là số lớp ẩn và số nơ-ron
trong các lớp ẩn và sự thay đổi các thông số này sẽ ảnh hưởng đến độ
chính xác của mô hình dự đoán. Bài báo sử dụng phương pháp dò tìm
thử và sai (trial-and-error method) để tìm ra cấu trúc mạng ANN phù
hợp nhất. Khi đó một lớp ẩn với 10 nơ-ron được lựa chọn và cấu trúc
mạng ANN được thể hiện như Hình 4. Hàm đào tạo được sử dụng là
Levenberg Marquardt (TRAINLM), hàm kích hoạt (hàm truyền) được sử
dụng là TANSIG.
Hình 4. Cấu trúc mạng ANN được sử dụng để dự đoán
cường độ chịu nén của chất kết dính ở nhiệt độ cao.
Tổng cộng có 42 bộ dữ liệu thí nghiệm được sử dụng để đào tạo,
xác thực và kiểm tra [13]. Dữ liệu dùng cho đào tạo là 70 % (30 mẫu),
dữ liệu dùng để xác thực là 15 % (6 mẫu) và dữ liệu dùng để kiểm tra
là 15 % (6 mẫu). Việc phân bổ 42 tập dữ liệu cho 3 tập dữ liệu nêu trên
được thực hiện ngẫu nhiên bằng công cụ tool trong phần mềm Matlab.
b. Thông số đánh giá
Trong nghiên cứu này, hệ số R được sử dụng để đánh giá mức
độ phù hợp của mô hình phân tích với dữ liệu thực nghiệm. Hệ số R
được xác định theo phương trình (1).
𝑅𝑅 =√1−∑ (𝑦𝑦𝑖𝑖−𝑦𝑦𝑖𝑖
)2
𝑛𝑛
𝑖𝑖=1
∑ (𝑦𝑦𝑖𝑖−𝑦𝑦𝑖𝑖
)2
𝑛𝑛
𝑖𝑖=1 (1)
trong đó: 𝑦𝑦𝑖𝑖 là giá trị biến đầu ra của thí nghiệm i; 𝑦𝑦𝑖𝑖 là giá trị dự
đoán của biến đầu ra của thí nghiệm thứ i; 𝑦𝑦 là giá trị trung bình của
biến đầu ra của tất cả các thí nghiệm; và n là số lượng mẫu được kiểm
tra.
2.4.
Thực nghiệm
Mẫu chất kết dính để thí nghiệm được đúc từ khuôn thép hình
lập phương cạnh 2 cm (Hình 5). Bảo dưỡng mẫu bằng cách để khuôn
mẫu trong điều kiện 27 ± 2 oC, độ ẩm không nhỏ hơn 95 % trong 20 h
rồi tháo mẫu và đem chưng hấp (nhiệt độ 100 oC với thời gian 4 giờ kể
từ khi sôi). Tiếp theo, mẫu được sấy ở 105 ± 5 oC trong 24 giờ và được
đưa vào lò điện (Hình 6) nung lần lượt ở 200, 400, 600 và 800 oC với
tốc độ nâng nhiệt không quá 5 oC/ph, thời gian hằng nhiệt là 2h. Sau
đó, mẫu được làm nguội đến nhiệt độ phòng với tốc độ không lớn hơn
1 oC/ph và xác định cường độ chịu nén [12-14]. Kết quả giá trị cường
độ chịu nén của đá chất kết dính theo nhiệt độ được thể hiện trong
Hình 7 được trích dẫn từ nghiên cứu số [13] của nhóm tác giả.
Hình 5. Khuôn mẫu.

JOMC 247
Tạp chí Vật liệu & Xây dựng Tập 15 Số 02 năm 2025
Bảng 1. Thành phần hỗn hợp chất kết dính, % [1
Mẫu
Nhiệt độ
Tại Việt Nam nhiệt độ bình thường dao động trong khoảng 25
đến 35 C, tuy nhiên bê tông không phải lúc nào cũng làm việc trong môi
trường nhiệt độ này. Chẳng hạn trong các nhà máy như nhà máy nhiệt
điện, nhà máy điện hạt nhân, nhà máy luyện kim, nhà máy sản xuất gạch
ngói, …. nhiều kết cấu đòi hỏi bê tông phải làm việc trong các khoảng
nhiệt độ cao dao động từ khoảng 100 C đến 800 C. Từ đó, bài báo thực
hiện nghiên cứu cường độ chịu nén khi chất kết dính làm việc trong
khoảng thay đổi nhiệt độ từ 25 C đến 800 C, hướng tới chế tạo bê tông
làm việc trong khoảng nhiệt độ này.
Giới thiệu về ANN
a. Cấu trúc mô hình dự đoán
Mục tiêu của nghiên cứu là xây dựng một mô hình dự đoán
cường độ chịu nén chất kết dính với ba tham số đầu vào thay đổi là tỉ
lệ tro FA, tỉ lệ
Mô hình dự đoán cường độ chịu nén của chất kết dính
ở nhiệt độ
Mô hình dự đoán bằng ANN sẽ gồm ba lớp là lớp đầu vào, lớp
ẩn và lớp đầu ra. Lớp đầu vào (Input) như đã phân tích sẽ là ba tham
số tỉ lệ FA, tỉ lệ và T. Lớp đầu ra (Output) là cường độ chịu nén
của chất kết dính. Lớp ẩn gồm hai thông số là số lớp ẩn và số nơ
trong các lớp ẩn và sự thay đổi các thông số này sẽ ảnh hưởng đến độ
chính xác của mô hình dự đoán. Bài báo sử dụng phương pháp dò tìm
thử và sai (trial error method) để tìm ra cấu trúc mạng ANN phù
hợp nhất. Khi đó một lớp ẩn với 10 nơ được lựa chọn và cấu trúc
mạng ANN được thể hiện như Hình 4. Hàm đào tạo được sử dụng là
kích hoạt hàm truyền) được sử
dụng là TANSIG.
Cấu trúc mạng được sử dụng để dự đoán
cường độ chịu nén của chất kết dính ở nhiệt độ
Tổng cộng có 42 bộ dữ liệu thí nghiệm được sử dụng để đào tạo
xác thực và kiểm tra . Dữ liệu dùng cho đào tạo là 70 % (30 mẫu),
dữ liệu dùng để xác thực % (6 mẫu) và dữ liệu dùng để kiểm tra
% (6 mẫu). Việc phân bổ 42 tập dữ liệu cho 3 tập dữ liệu nêu trên
được thực hiện ngẫu nhiên bằng công cụ tool trong phần mềm Matlab.
hông số đánh giá
Trong nghiên cứu này, hệ số R được sử dụng để đánh giá mức
độ phù hợp của mô hình phân tích với dữ liệu thực nghiệm. Hệ số R
được xác định theo phương trình (1).
𝑅𝑅 =√1−∑ (𝑦𝑦𝑖𝑖−𝑦𝑦𝑖𝑖
)2
𝑛𝑛
𝑖𝑖=1
∑ (𝑦𝑦𝑖𝑖−𝑦𝑦𝑖𝑖
)2
𝑛𝑛
𝑖𝑖=1
trong đó: 𝑦𝑦𝑖𝑖 là giá trị biến đầu ra của thí nghiệm i; 𝑦𝑦𝑖𝑖là giá trị dự
đoán của biến đầu ra của thí nghiệm thứ i; 𝑦𝑦 là giá trị trung bình của
biến đầu ra của tất cả các thí nghiệm; và n là số lượng mẫu được kiểm
Thực nghiệm
Mẫu chất kết dính để thí nghiệm được đúc từ khuôn
lập phương cạnh 2 cm (Hình 5). Bảo dưỡng mẫu bằng cách để khuôn
mẫu trong điều kiện 27 ± 2 C, độ ẩm không nhỏ hơn 95
rồi tháo mẫu và đem chưng hấp (nhiệt độ 100 C với thời gian 4 giờ kể
từ khi sôi). Tiếp theo, mẫu được sấy ở 105 ± 5 giờ và được
đưa vào lò điện lần lượt ở 200, 400, 600 và 800 C với
tốc độ nâng nhiệt không quá 5 C/ph, thời gian hằng nhiệt là 2h
đó, mẫu được làm nguội đến nhiệt độ phòng với tốc độ không lớn hơn
xác định cường độ chịu nén . Kết quả giá trị cường
độ chịu nén của đá chất kết dính theo nhiệt độ được thể hiện trong
được trích dẫn từ nghiên cứu số của nhóm tác giả
mẫu.
Hình 6. Lò nung mẫu.
Hình 7. Cường độ chịu nén các mẫu chất kết dính
ở các cấp nhiệt độ [13].
3.
Kết quả và thảo luận
3.1.
Dự đoán cường độ chịu nén của chất kết dính ở nhiệt độ cao bằng ANN
Quá trình huấn luyện mạng ANN được thể hiện ở Hình 8, trong
đó trục tung là sai số toàn phương trung bình (MSE) và trục hoành là
số lần lặp huấn luyện. Quá trình huấn luyện cho thấy các đường đào
tạo, xác nhận và kiểm tra là tương tự nhau. Hiệu suất xác nhận tốt nhất
với chỉ số MSE là 32.5377 tại vòng lặp thứ nhất, sau đó việc đào tạo
tiếp tục cho đến vòng lặp thứ 7 thì dừng lại. Hơn nữa, quá trình huấn
luyện cho thấy không ghi nhận hiện tượng Overfitting.
Hình 8. Quá trình huấn luyện dự đoán cường độ chịu nén
của chất kết dính ở nhiệt độ cao.
Hình 9 cho thấy mối quan hệ giữa đầu ra của mạng và các mục
tiêu. Ba biểu đồ đại diện cho dữ liệu đào tạo, xác thực và kiểm tra.
Đường nét đứt trong mỗi biểu đồ biểu thị kết quả hoàn hảo khi đầu ra
bằng với mục tiêu. Đường nét liền biểu thị đường hồi quy tuyến tính
phù hợp nhất giữa đầu ra và mục tiêu. Cường độ nén dự đoán (đầu ra)
so với kết quả thí nghiệm (mục tiêu) của cả ba mô hình có sự phù hợp
tốt. Đồng thời, đường xấp xỉ cường độ nén dự đoán cho cả hai trường
hợp trên trùng với đường thẳng Y=T của đồ thị. Với cấu trúc mô hình
dự báo như trên, kết quả cho thấy các mô hình mạng ANN có độ chính
xác cao (R=0,9629).
Hình 9. Kết quả dự đoán cường độ chịu nén
của chất kết dính ở nhiệt độ cao.
3.2.
Ảnh hưởng của các tham số đầu vào của mô hình đến cường độ
chịu nén của chất kết dính ở nhiệt độ cao
Sử dụng Biểu đồ Interval Plot trong phần mềm Minitab 19 để
phân tích ảnh hưởng của ba tham số đầu vào của mô hình dự đoán ở
Hình 3 đến cường độ chịu nén của đá chất kết dính.
Hình 10. Ảnh hưởng của tỷ lệ FA đến cường độ chịu nén
của chất kết dính ở nhiệt độ cao.

JOMC 248
Tạp chí Vật liệu & Xây dựng Tập 15 Số 02 năm 2025
Hình 11. Ảnh hưởng của tỷ lệ FGT đến cường độ chịu nén
của chất kết dính ở nhiệt độ cao.
Các Hình 10, Hình 11 và Hình 12 thể hiện sự ảnh hưởng của các
yếu tố tỷ lệ FA, tỷ lệ FGT và nhiệt độ đến cường độ chịu nén của đá
chất kết dính. Trong đồ thị thể hiện giá trị trung bình tương ứng của
cường độ chịu nén và khoảng biến thiên của các tham số đầu vào. Kết
quả cho thấy khi tăng tỉ lệ thay thế FA và FGT từ 10 % đến 20 % thì
cường độ chịu nén tăng, trong khi đó khi tăng tỉ lệ thay thế hai phế
phẩm này từ 20 % đến 40 % thì cường độ chịu nén sẽ giảm. Điều này
chứng tỏ tỉ lệ thay thế hai phế phẩm này cho xi măng phù hợp nhất là
20 %.
Hình 12. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ chịu nén
của chất kết dính.
Đối với ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ chịu nén ở Hình 12
cho thấy trong giai đoạn nhiệt độ nhỏ hơn 200 oC thì ảnh hưởng nhiệt độ
đến cường độ chịu nén là quan hệ tỉ lệ thuận, nhưng khi nhiệt độ lớn hơn
200 oC thì quan hệ nhiệt độ đối với cường độ nén là tỉ lệ nghịch. Giải
thích cho điều này là với điều kiện nhiệt độ nhỏ hơn 200 oC, quá trình
sấy và đốt nóng đã xảy ra sự mất nước làm đá chất kết dính co lại làm
tăng mật độ, đồng thời nước tự do tách ra thúc đẩy quá trình thủy hóa
của xi măng PC làm tăng cường độ (quá trình “tự chưng hấp”) [15]. Tiếp
tục tăng nhiệt độ, sự mất nước chủ yếu của gel C-S-H, ettringite, quá trình
phân hủy CaSO4.2H2O ở khoảng 200 đến 400 oC, phân huỷ Ca(OH)2 ở
khoảng 400 đến 600 oC, và phân huỷ C-S-H và CaCO3 ở khoảng 600 đến
800 oC làm cường độ chịu nén của các mẫu suy giảm [16-18].
4.
Kết luận
Từ những kết quả nghiên cứu trên, một số kết luận của bài báo
như sau:
- Mô hình ANN đã xây dựng giúp dự đoán chính xác cao cường
độ chịu nén của chất kết dính ở nhiệt độ cao (R=0.9629), điều này
giúp việc xác định cường độ chịu nén ở nhiệt độ cao một cách nhanh
chóng mà không cần làm các thí nghiệm tốn kém thời gian và chi phí.
- Từ biểu đồ Interval Plot đã xác định được sự ảnh hưởng của hàm
lượng FA, FGT đến cường độ nén của đá chất kết dính ở nhiệt độ cao.
- Các kết quả phân tích từ biểu đồ Interval Plot cũng cho thấy khi
FA và FGT được thay thế cho 20 % xi măng sẽ mang lại giá trị cường
độ chịu nén cao nhất. Đối với tham số nhiệt độ, giá trị cường độ chịu
nén của chất kết dính lớn nhất tương ứng với nhiệt độ là 200 oC.
Trong tương lai, nghiên cứu sẽ mở rộng việc tái sử dụng các phế
phẩm khác tại Việt Nam nhưng vẫn đảm bảo được cường độ chịu nén
hoặc các đặc tính khác của chất kết dính cũng như bê tông làm việc
trong môi trường nhiệt độ cao.
Tài liệu tham khảo
[1]. Nguyen, K.T.; Navaratnam, S.; Mendis, P.; Zhang, G.K.; Barnett, J.; Wang,
H, “Fire safety of composites in prefabricated buildings: From fibre
reinforced polymer to textile reinforced concrete,” Compos Part B Eng, pp.
187, 107815, 2020.
[2]. Roy, T.; Matsagar, V, “Mechanics of damage in reinforced concrete member
under post-blast fire scenario,” Structures, vol. 31, pp. 740–760, 2021.
[3]. Adil Baykasoğlu, Türkay Dereli, Serkan Tanış, “Prediction of cement
strength using soft computing techniques,” Cem. Concr. Res., vol. 34 (11),
pp. 2083–2090, 2004, https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.03.028.
[4]. Jiandong Huang, Mengmeng Zhou 1 and , Hongwei Yuan, Mohanad Muayad
Sabri Sabri, Xiang Li, “Prediction of the Compressive Strength for Cement-
Based Materials with Metakaolin Based on the Hybrid Machine Learning
Method,” Material, vol. 15, p. 3500, 2022,
https://doi.org/10.3390/ma15103500.
[5]. Chongchong Qi, , Andy Fourie, and , Qiusong Chen, “Neural network and
particle swarm optimization for predicting the unconfined compressive
strength of cemented paste backfill,” Constr Build Mater, vol. 159, pp. 473–
478, 2018.
[6]. Ayaz Ahmad, Krzysztof Adam Ostrowski, Mariusz Ma´slak 2, , Furqan
Farooq, Imran Mehmood, and and Afnan Nafees, “Comparative Study of
Supervised Machine Learning Algorithms for Predicting the Compressive
Strength of Concrete at High Temperature,” Material, vol. 14(15), p. 4222,
2021, https://doi.org/10.3390/ma14154222.
[7]. Mucteba Uysal, Harun Tanyildizi, “Estimation of compressive strength of
self compacting concrete containing polypropylene fiber and mineral
additives exposed to high temperature using artificial neural network,”
Constr Build Mater, vol. 27(1), pp. 404–414, 2012.
[8]. Đỗ Thị Phượng, Nguyễn Ngọc Lâm Nguyễn Nhân Hoà, Vũ Minh Đức,
“Thành phần và vi cấu trúc của chất kết dính sử dụng xi măng poóclăng và
tro bay ở nhiệt độ cao,” Tạp Chí Khoa Học Công Nghệ Xây Dựng KHCNXD -
ĐHXD, vol. 15 (6V), pp. 137–145, 2021,
https://doi.org/10.31814/stce.huce(nuce)2021-15(6V)-12.
[9]. Vương Lê Thắng, Lê Cung, Nguyễn Đình Sơn, “Nghiên cứu ảnh hưởng của

